Пусконаладочные работы при монтаже электроустановок - Определение степени увлажнения изоляции

§ 34. Методы определения степени увлажнения изоляции
В электроустановках применяют электрооборудование с различными изоляционными материалами. Один из них, например, фарфор и пластмасса, не подвержены увлажнению, другие — жидкие диэлектрики (в частности, трансформаторное масло), волокнистые материалы (ткани, бумага, картон) и электроизоляционные смолы в значительной степени подвержены увлажнению, если не будут приняты соответствующие меры (герметизация маслонаполненных аппаратов, специальные покрытия изоляции других аппаратов и электрических машин).
Увлажнение изоляции приводит к снижению ее сопротивления, повышению диэлектрических потерь и в конечном счете к быстрому старению и выходу из строя. Поэтому при выполнении пусконаладочных работ уделяется большое внимание оценке степени увлажнения изоляции, особенно аппаратов с волокнистой изоляцией.
Измерение сопротивления изоляции, коэффициента абсорбции и диэлектрических потерь, а также сопоставление этих данных с результатами предыдущих измерений позволяет во многих случаях сделать вывод о состоянии изоляции испытываемого оборудования. Однако при решении вопроса о возможности включения некоторых видов оборудования, в частности трансформаторов, без сушки в ряде случаев требуется измерять величины емкостей и их отношений при разных температурах, частотах и через разные промежутки времени. На основании сравнения этих величин с нормами, приведенными для трансформаторов в «Инструкции по монтажу и введению в эксплуатацию трансформаторов (РТМ 16687000—73)», принимается решение о возможности введения трансформатора в работу без сушки.
Существует три метода определения степени увлажненности трансформаторов, связанных с изменением емкостей обмоток трансформаторов.
Метод «емкость — температура» заключается в сравнении емкостей обмоток трансформатора при разных температурах. Обычно принято, чтобы разность температур была 40—50° С, а низшая температура не менее 20° С. При этом отношение емкости обмотки в нагретом состоянии (СГОр) к емкости обмотки в холодном состоянии (Схол) не превышает 1,05—1,1 для сухой изоляции.
Недостаток этого метода в том, что требуется еще и контрольный прогрев трансформатора. Поэтому в практике пусконаладочных работ большое распространение получили другие методы «емкость — частота» и «емкость — время», основанные на том, что геометрическая емкость заряжается мгновенно, в то время как абсорбционная емкость — через некоторое время, и тем большее, чем суше изоляция, поскольку у сухой изоляции сопротивление и емкость больше, чем у увлажненной.
Метод «емкость — частота» заключается в том, что сначала измеряют емкость СБ0 на частоте 50 Гц, когда проявляется только геометрическая емкость, независимо от того, сухая или увлажненная изоляция у испытываемого оборудования. Затем измеряют емкость С2 на частоте 2 Гц, при которой у сухой изоляции будет проявляться только геометрическая емкость, а для увлажненной изоляции в результате измерения будет входить и абсорбционная емкость. Поэтому отношение С2/С50 для сухой изоляции близко к единице, а для увлажненной — соответственно 1,2—1,3.
Метод «емкость — время» заключается в том, что сначала заряжают емкость испытываемого объекта (трансформатора), а затем осуществляют двукратный ее разряд: быстрый, закорачивая сразу после окончания заряда, и медленный — через 1 с после окончания заряда. Прирост ДС общей емкости С за счет абсорбционной емкости у сухой изоляции будет незначителен (ЛСсух=0,02 С—0,08 С), а для увлажненной изоляции намного больше. Измерение степени увлажнения изоляции рассмотренными методами удобно производить прибором ПКВ-8, разработанным Всесоюзным научно-исследовательским институтом энергетики (ВНИИЭ). Ранее требовалось два прибора: IIKB-13 или ПКВ-7 для измерения по методу «емкость — частота» м ЕВ-3 для измерения по методу «емкость —время».

Прибор ПКВ-8 предназначен для определения степени увлажненности как залитых, так и не залитых маслом силовых трансформаторов на монтажной площадке и в полевых условиях. Кроме того, прибор можно применять для контроля состояния изоляции высоковольтных вводов, измерительных трансформаторов и других объектов в тех случаях, когда при оценке состояния изоляции испытываемого объекта необходимо установить, имело ли место ее изменение на одном объекте в разные моменты времени.
Оценку состояния изоляции трансформатора, залитого маслом, производят путем измерения величин (С2 — С50) и С. Из результатов измерения получается величина С J С = 2 ~ 50+1» которая сравнивается с нормами, приведенными в инструкции по контролю состояния изоляции трансформаторов перед вводом в эксплуатацию.
При измерениях на трансформаторах, не залитых маслом, определяется величина С и АС, соответствующая величине. АС, измеряемой прибором ЕВ-3. Оценку состояния изоляции производят сравнением величины А С/С с нормами на относительный прирост емкости, приведенными в инструкции.
Основными узлами прибора ПКВ-8 (рис. 137) являются электронный вольтметр, универсальный источник питания и реле времени. Электронный вольтметр представляет собой параллельно- балансный каскад, в плечи которого включены пентоды Лl, Л2. Между катодными резисторами R11 и R20 включен через добавочный резистор микроамперметр И, ток которого пропорционален величине измеряемой емкости. Подгонка отдельных пределов измерения электронного вольтметра осуществляется изменением добавочного резистора в цепи микроамперметра R13 — R17. Кроме того, к электронному вольтметру относится делитель напряжения, состоящий из резисторов R23 и R24.
Универсальный источник питания состоит из трансформатора Tpl, батареи Б, выпрямителя ДЗ с конденсатором С12 и преобразователем, к которому относятся трансформатор Тр2, полупроводниковые триоды ТЗ и Т4 и выпрямитель на диодах Д4 и Д5 с конденсаторами С 10 и СИ.
Реле времени образовано составным триодом 77 —Т2 и поляризованным реле РП с двумя обмотками I и II, двумя неподвижными контактами Л (левый) и Я (правый) и подвижным контактом.
Питание преобразователя можно осуществить от батареи Б (типа «Сатурн» или «Марс») или от сети переменного тока напряжением 220 В через трансформатор Tpl. Напряжение питания прибора регулируют резистором R21.
Переключатель П1 служит для переключения прибора на разные режимы работы: отключено при положении 1, установка напряжения питания — положение 2, измерение емкости С—положение 3, измерение прироста емкости АС — положение 4 или прироста емкости (С2—С50) —положение 5.
Преобразователь дает на выходе постоянное напряжение 60 В для питания анодных цепей ламп  Л1 и Л2, 120 В — для питания цепи заряда испытываемого объекта и переменное напряжение для питания цепей накала ламп  Л1 и  Л2.
Рассмотрим принцип работы прибора ПКВ-8. При включении переключателя П1 (на схеме он показан в отключенном состоянии— положение 1) подается питание к преобразователю и реле времени. Выпрямленное напряжение подводится к шинке +120 В для заряда испытываемого объекта и к шинке +60 В для питания анодных цепей ламп  Л1 и Л2.
При измерении емкости С (рис. 138) переключатель П1 переводится в положение С (на схеме положение 3), переключатель ПЗ находится в положении заряд (замкнуты контакты 1—2 и 5—4). Реле РП находится в исходном состоянии, как показано на схеме, под действием тока, протекающего по обмотке II. Ток по обмотке / не протекает, так как составной триод 77—Т2 заперт (гок базы /б=0). В этом положении объект заряжается в течение 20—30 с по цепи: шинка +120 В, резисторы R4 и R3, контакты II — Я реле РП, объект, заземленный корпус прибора. Эталонный конденсатор С5 — С8 замкнут на корпус через контакты 1—2 переключателя ПЗ.

Рис. 138. Панель прибора ПКВ-8
Для разрядки объекта на эталонный конденсатор переключатель ПЗ переводится в положение изм. При этом его контакты 1—2 размыкают вход электронного вольтметра, контакты 2—3 через резистор R3 замыкают конденсатор С4 на корпус прибора, контакты 5—4 размыкаются. Напряжение на переходе база — эмиттер составного триода 77 — Т2 резко возрастает, последний отпирается и через обмотку / реле РП проходит импульс тока, амплитуда которого превышает ток в обмотке II.
Заряженный объект до момента срабатывания реле РП несколько разряжается (через резистор R3). Однако снижение напряжения на емкости объекта незначительно благодаря наличию опорного конденсатора С4.
Через 2 мс после отпирания составного триода Т1 — Т2 реле РП срабатывает и своими контактами П — Я соединяет объект с эталонным конденсатором и входом электронного вольтметра. Спустя еще 10 мс (после заряда конденсатора CI —СЗ и запирания составного триода Т1 — Т2) реле РП возвращается в исходное состояние, его контакты П — Я размыкаются, эталонный конденсатор отделяется от объекта и поддерживает на входе электронного вольтметра напряжениеа так как зарядное
напряжение £sap=120 В и емкость Сэт эталонного конденсатора С5 — С8 при данном измерении величины постоянные, показания электронного вольтметра будут соответствовать измеряемой емкости Сх.
При измерении прироста емкости АС (или С2 — Ст) переключатель Я1 переводят в положение АС (или С2 — С50), на схеме положение 4 (или 5), закорачивая резистор R3. Испытываемый объект заряжается в течение 60 с. Затем переключатель ПЗ переводят в положение изм и его контакты 2—3 закорачивают объект. Через 6 мс срабатывает реле РП и его контакты П — Я подключают объект к эталонному конденсатору С5 — С8, на который он разряжается в течение 1 с (при измерении C2 — CM около 0,15 с). Спустя 1 с (или 0,15 с при измерении С2 —СБ0) реле РП возвращается в исходное состояние, его контакты Я— Я размыкаются, эталонный конденсатор С5 — С8 отделяется от объекта и поддерживает на входе электронного вольтметра напряжение
пропорциональное приросту емкости.
При подготовке объекта для измерения степени увлажненности прибором ПКВ-8 необходимо указанный объект отключить от других цепей, очистить изоляторы от грязи и влаги, после чего собирают схему измерения. При этом для трансформатора заземляют корпус, все обмотки, кроме испытуемой, соединяют с корпусом, отдельные выводы каждой обмотки соединяют между собой закороткой. Измеряют сопротивление изоляции.
При подготовке прибора ПКВ-8 к работе его располагают в непосредственной близости от измеряемого объекта. Корпус прибора заземляют,, пользуясь соответствующим зажимом на его панели. Если прибор должен питаться от сети, то используют шнур питания, которым его подключают через гнезда 220 В. Переключатель заряд — изм (на схеме ПЗ) устанавливают в положение заряд. Переключатель рода работы (на схеме Я/) переводят в положение UА и, вращая ручку уст UA резистора (на схеме R21), добиваются совмещения стрелки прибора с красной чертой на его шкале. После этого прибор должен прогреваться в течение 2—3 мин.
При измерении проверяют установку анодного напряжения и, если это необходимо, проводят дополнительную регулировку ручкой уст UA, переключатель предела измерения ставят в положение 100 тыс. пФ, переключатель режима работы (на схеме Я/) переводят в положение С и ручкой уст 0 производят установку стрелки прибора на нуль. Переключение переключателя заряд — изм (на схеме ПЗ) в положение заряд и проверке установки стрелки прибора на нуль при отключенном объекте измерения обязательны при каждом измерении. После этого присоединяют объект измерения более коротким приводом к зажиму объект прибора.
Для измерения величины С переключатель Я/ устанавливают в положение С (на схеме положение 3). Через 20—30 с (время заряда объекта) переключатель ПЗ переводят в положение изм и отсчитывают показания на шкале прибора. Если выбранный предел измерении соответствует измеряемой емкости (показания составляют менее одной пятой части шкалы), переключатель предела измерения устанавливают в нужное положение.
Рассмотренные методы определения степени увлажнения по измерению емкостей эффективны только для волокнистой изоляции класса А и применяются в основном для определения степени увлажнения обмоток силовых трансформаторов. При испытании слоистой изоляции класса В, в частности электрических машин, критерием
степени увлажненности является характер вольт-амперной характеристики lyT=f(U).
Если для сухой изоляции эта характеристика носит линейный характер, то для увлажненной она нелинейна, причем нелинейность выражена тем более, чем больше прикладываемое напряжение постоянного тока (рис. 139). Нелинейность вольт-амперной характеристики при этом характеризуется коэффициентом нелинейности /CHeni равным отношению сопротивления изоляции при испытательном напряжении, которое равно половине номинального напряжения к сопротивлению изоляции, замеренному при испытательном напряжении, равном двойному номинальному напряжению изоляции. Для сухой изоляции это отношение равно единице, и для влажной — больше единицы.